煤礦110kV變電所副井保護系統(tǒng)設(shè)計

1、本科畢業(yè)設(shè)計說明書本科畢業(yè)設(shè)計說明書煤礦煤礦 110kv 變電所副井保護系統(tǒng)設(shè)計變電所副井保護系統(tǒng)設(shè)計110kv coal mine transformer substation auxiliary shaft protection system design 學(xué)院（部）： 電氣與信息工程學(xué)院 專業(yè)班級： 電氣工程及其自動化 08-6 班 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 2012 年 5 月 25 日安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計i副井保護副井保護系統(tǒng)設(shè)計摘要本次畢業(yè)設(shè)計是有關(guān)變電所變配電設(shè)計和變電所監(jiān)控系統(tǒng)微機保護系統(tǒng)方面的內(nèi)容。其中，變配電設(shè)計部分以淮南潘三礦為對象進行了配電選型計算和相關(guān)繼電保護的計算。對

2、主要設(shè)備如主變壓器，架空線路，母線和開關(guān)柜進行了選型計算及校驗，微機保護部分的設(shè)計選用 plc 進行硬件系統(tǒng)配置和軟件的設(shè)計。本論文介紹了礦井提升機及其繼電保護保護裝置，指出了礦井提升機繼電保護裝置的必要性。然后介紹了繼電保護的原理，再結(jié)合實際情況，提出了一套運用 plc 技術(shù)來設(shè)計礦井提升機綜合繼電保護裝置的方案。該套綜合后備保護裝置的原理為:通過采集各種信號，由軟件程序進行處理，并判斷是否動作及報警，處理后的數(shù)據(jù)用于顯示和存儲查詢。文中著重繼電保護裝置的硬件和軟件設(shè)計進行了分析和說明，其中軟件設(shè)計是該裝置的控制部分，硬件是該裝置的執(zhí)行部分。另外給出了硬件的組成圖及程序框圖和程序流程圖。關(guān)鍵

3、字：繼電保護，關(guān)鍵字：繼電保護，plcplc，微機監(jiān)控微機監(jiān)控安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計ii110kv coal mine transformer substation auxiliary shaft protection system designabstractthe graduation project is about changing power distribution substation transformer substation monitoring system design and microprocessor-based protection systems content

4、. among them, the part of distribution design change to the 3rd mine of pan,huai-nan mining industry,the distribution for the selection of subjects related to computing and the calculation of relay protection. major equipment such as main transformers, incoming lines, bus bar and switchgear for the

5、selection of calculation and check.the part of microprocessor-based protection system design,selected plc hardware system configuration and software design. this paper introduces the auxiliary shaft hoist and its protective relaying protection device .the paper points out that mine hoist relay prote

6、ction device is necessary .then it introduces the principle of relay protection, combined with the actual situation, proposed a set of using single chip computer technology to the design of mine hoister synthetic protection device for. the integrated backup protective devices principle is: through t

7、he acquisition of a variety of signals, a software program for treatment, and determine whether the action and alarm, the processed data is displayed and stored for query.this paper focuses on the relay protection device hardware and software are introduced and analyzed.the software design is the po

8、rtion of the controlled apparatus, hardware is the operative portion of the devices. furthermore the hardware structure and program flow diagram and the program flow diagram are given.keywords: relay，plc，microcomputer monitoring 安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計i目錄摘要 .iabstract.ii1 緒論.11.1 概述.11.2 副井提升機繼電保護要求.11.3 副井監(jiān)控系統(tǒng)的

9、任務(wù).21.4 微機監(jiān)控系統(tǒng)的組成及特點.21.4.1 微機監(jiān)控保護系統(tǒng)的組成.21.4.2 微機監(jiān)控保護系統(tǒng)的特點.32 副井變電所一次設(shè)備選型.32.1 總體負荷計算.32.2 無功補償?shù)哪康?52.3 無功補償?shù)挠嬎?52.4 主變壓器的選型.62.4.1 主變壓器選擇原則.62.4.2 主變臺數(shù)的選擇.72.4.3 主變壓器容量的選擇.73 主接線方案的確定.83.1 電氣主接線的設(shè)計原則.83.1.1 安全性要求.83.1.2 可靠性要求.83.1.3 靈活性要求.83.1.4 經(jīng)濟性要求.83.2 電氣主接線的設(shè)計步驟.93.3 電氣主接線的選擇.93.4 導(dǎo)線的選擇.113.4.

10、1 選擇的方法.113.4.2 氣候條件.113.4.3 高壓架空線的選擇.113.4.4 配電母線到變電所的電纜選擇.123.4.5 線路上的電壓和功率損失.12安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計ii3.4.6 高壓開關(guān)柜的選擇.133.4.7 其它設(shè)備的選擇.144 短路電流的計算及設(shè)備校驗.144.1 繪制計算電路.154.2 短路電流計算.154.2.1 最大運行方式下的計算.164.2.2 高壓開關(guān)柜的選擇及 10kv 電纜的選擇.174.3 電氣設(shè)備的選擇和校驗.204.3.1 選擇與校驗電器的原則.204.3.2 10kv 高壓電氣設(shè)備的選擇與校驗.214.3.3 斷路器的選擇與校驗.214.

11、3.4 負荷開關(guān)的選擇和校驗.214.3.5 10kv 母線的選擇和校驗.215 副井的繼電保護.235.1 電流速斷保護.235.2 過流保護.245.2.1 過電流保護的整定計算.255.2.2 靈敏度檢驗.255.3 零序電流保護.255.4 三相一次重合閘.266.硬件設(shè)計.276.1 設(shè)備的功能要求.276.1.1 傳統(tǒng)設(shè)計方案的缺點.276.1.2 新方法的引入.276.2 硬件設(shè)計電路.276.2.1 s7-200 系統(tǒng)概述.276.2.2 s7-200 系列 plc 的特點及產(chǎn)品類型.286.2.3 s7-200 系列 plc 的基本硬件組成.286.3 可編程控制器基本結(jié)構(gòu).

12、306.3.1 cpu 模塊.306.3.2 存儲器.306.3.3 輸入/輸出模塊.316.3.4 電源模塊.316.3.5 底板與機架.32安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計iii6.3.6 可編程控制器系統(tǒng)的其他設(shè)備.326.4 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計.326.4.1 主保護板的設(shè)計.326.4.2 人機接口板電路的設(shè)計.357 軟件流程.387.1 plc 的工作過程 .387.1.1 輸入采樣階段.387.1.2 用戶程序執(zhí)行階段.387.1.3 輸出刷新階段.387.2 軟件設(shè)計總體結(jié)構(gòu).397.3 主保護程序軟件設(shè)計.397.4 故障判斷處理程序.417.5 人機接口的通信.428 設(shè)計線路圖.43

13、8.1 nsp788 測量回路 .438.2 操作回路，信號回路.448.2.1 合閘操作.458.2.2 跳閘操作.458.3 斷路器防跳.458.4 斷路器信號回路和輔助回路.468.5 儲能回路.47總結(jié).48參考文獻.49致謝.50安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計11 緒論1.1 概述80 年代以來，我國微型計算機及其應(yīng)用技術(shù)發(fā)展很快，在電力系統(tǒng)繼電保護和自動裝置的領(lǐng)域里影響深遠。雖然我國在計算機保護方面的研究工作起步較晚，但進展迅速，并卓有成效。在我國,微機繼電保護的發(fā)展大體上經(jīng)歷了三個階段:第一階段為以單 cpu 硬件結(jié)構(gòu)為主，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由逐次逼近式的 ad574 芯片構(gòu)成，硬件及軟件的設(shè)計

14、符合我國高壓線路保護裝置的“四統(tǒng)一”設(shè)計標準，特點是采用單 cpu 結(jié)構(gòu)及多路轉(zhuǎn)換的adc 模數(shù)轉(zhuǎn)換模式，以 1984 年華北電力學(xué)院研制的 mdp-1 型微機保護為代表；第二階段為以多個單片機構(gòu)成的多 cpu 硬件結(jié)構(gòu)為主，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)為 vfc 電壓一頻率轉(zhuǎn)換原理的計數(shù)式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)硬件，軟件的設(shè)計方面，利用多 cpu 的特點，強化了自檢和互檢功能，使硬件故障可定位到插件，對保護的跳閘出口回路，具有完善的抗干擾措施防止拒動和誤動，代表產(chǎn)品為華北電力學(xué)院研制的 wxh-11 和 wxb-11 型保護；第三階段為以高性能的 16 位單片機構(gòu)成的硬件結(jié)構(gòu)為主，具有總線不引出芯片，電路簡單的特點，

15、抗干擾能力進一步加強，完善了通信功能，為變電站綜合自動化系統(tǒng)的實現(xiàn)提供了強有力的環(huán)境，其代表產(chǎn)品為北京四方公司開發(fā)的 csl-101 系列的線路保護和 cst-200 系列的變壓器保護。本課題針對副井提升機繼電保護，對其供電進線中各種主要設(shè)備和二次保護進行研究和設(shè)計。涉及的主要包括：負荷計算、主變壓器的選型、110kv 架空線和母線的選型及校驗、10kv 母線的選型、短路電流的計算、并聯(lián)電容器和高壓開關(guān)柜的選擇、繼電保護的整定計算等，其中以副井提升機進線的微機保護及監(jiān)控作為重點。1.2 副井提升機繼電保護要求繼電保護的基本要求有四項：a）可靠性：保護動作在應(yīng)當(dāng)動作時可靠動作，非動作情況下應(yīng)不動

16、作。b）選擇性：首先由故障設(shè)備或線路本身的保護切除故障，保證無故障設(shè)備繼續(xù)運行，當(dāng)故障設(shè)備或線路本身的保護或斷路器等拒動時，允許有相鄰設(shè)備或線路的保護或斷路器等設(shè)備切除故障部分。c）靈敏性：在設(shè)備或線路的保護范圍內(nèi)發(fā)生故障時，保護裝置應(yīng)有必要的靈敏系數(shù)以保障其保護的可靠運作。d）速動性：保護裝置能盡快切除故障以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，減輕故障設(shè)備和線路安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計2的損壞程度，縮小故障波及范圍，提高重合閘和備用電源或備用設(shè)備自動投入的效果。然而隨著微機技術(shù)的不斷發(fā)展，特別是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用，使得繼電保護向網(wǎng)絡(luò)化智能化發(fā)展，相應(yīng)的，變電所遠程監(jiān)控與保護系統(tǒng)的覆蓋范圍越來越廣，功能也越來越強大。本

17、課題下討論的關(guān)于副井提升機繼電保護的變電所微機遠程監(jiān)控與保護系統(tǒng)有如下功能：a）數(shù)據(jù)采集功能：系統(tǒng)對所有的模擬量、開關(guān)量進行實時和定時數(shù)據(jù)采集，定時數(shù)據(jù)可根據(jù)設(shè)定的時間間隔自動轉(zhuǎn)存于硬盤作為歷史記錄，并能報表打印。b）數(shù)據(jù)處理功能：系統(tǒng)能對模擬量進行合理性的校驗和上下限比較，對開關(guān)量進行實時掃描，對事件記錄輸出并報警，對重要的歷史數(shù)據(jù)進行處理并存盤。c）遠程控制與操作：可依照既定保護方案以程序控制方式對斷路器進行自動操作，或者，通過監(jiān)控主機的鍵盤和鼠標以人工方式對斷路器進行控制操作。1.3 副井監(jiān)控系統(tǒng)的任務(wù)目前我國眾多大中型企業(yè)都面臨技術(shù)改造問題，隨著監(jiān)控的覆蓋面的擴大，監(jiān)控系統(tǒng)的任務(wù)也日益

18、繁重，系統(tǒng)技術(shù)改造是一項重要的技改工作。此微機遠程監(jiān)控保護系統(tǒng)的主要任務(wù)就是監(jiān)視副井提升機進線的運行生產(chǎn)過程,實現(xiàn)各類操作控制，完成其生產(chǎn)過程的監(jiān)測、保護與控制。所以該系統(tǒng)首先要能夠?qū)崟r生產(chǎn)過程中的各種實時信息，更新數(shù)據(jù)庫，為監(jiān)控系統(tǒng)提供真實可靠的運行信息。能提供正常情況下的運行顯示，調(diào)用所有的數(shù)據(jù)，完成各種管理提示及統(tǒng)計報表等工作。實時監(jiān)視生產(chǎn)過程中的各類異常報警(如短路、過載、過壓、欠壓、過電流等)信號，并做出相應(yīng)的保護與控制。此外，此系統(tǒng)不僅要在本地完成監(jiān)視現(xiàn)場運行數(shù)據(jù)，對現(xiàn)場儀表進行標定，對操作參數(shù)進行修改，實現(xiàn)各種先進控制，方便地完成對控制系統(tǒng)的監(jiān)視、設(shè)置參數(shù)等功能，而且在遠程和異地

19、也能實現(xiàn)控制系統(tǒng)操作和運行數(shù)據(jù)的傳輸，實現(xiàn)資源共享。1.4 微機監(jiān)控系統(tǒng)的組成及特點1.4.1 微機監(jiān)控保護系統(tǒng)的組成110kv 微機遠程監(jiān)控保護系統(tǒng)由主站設(shè)備（pc 機）和遠端設(shè)備 plc 監(jiān)控單元兩部分構(gòu)成。系統(tǒng)硬件由主機及其外部設(shè)備，多臺 plc 智能控制單元及其外部設(shè)備，rs-485 接口組成。遠端設(shè)備安裝在變電所內(nèi)（每路一臺） ，主要完成對模擬量的采集和檢測，將運行狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)送給主站，并能接收主站發(fā)送來的命令。主站設(shè)備是一臺裝有監(jiān)控軟件的 pc 機，安裝在控制中心或值班室，進行設(shè)置參數(shù)或控制，通過串口和遠安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計3端設(shè)備相連。遠端設(shè)備站軟件可以管理整個系統(tǒng)的所有遠端設(shè)備

20、，如，當(dāng)遠端送來的被控對象出現(xiàn)異常信息時，主站會提示報警，將數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫中，并能提供歷史數(shù)據(jù)查詢及數(shù)據(jù)曲線的繪制等。上位機與下位機的通信采用主從式 rs-485 接口通信網(wǎng)絡(luò)。1.4.2 微機監(jiān)控保護系統(tǒng)的特點采用微機遠程監(jiān)控保護系統(tǒng)后，對于一次系統(tǒng)沒有影響，一次設(shè)計仍按常規(guī)設(shè)計。二次系統(tǒng)的設(shè)計除保護外，在開關(guān)柜上有測量與控制信號，控制室的控制與信號屏上仍有一套測量與控制信號，這兩套測量信號與控制都進入計算機，為了減小二次回路的負擔(dān)，減少事故隱患，設(shè)計的工作量，工程投資及日后的維護工作，取消了保護屏、信號屏、控制屏及測量表計，僅保留開關(guān)柜上的一部分。變電所二次系統(tǒng)功能在采用微機監(jiān)控后沒有發(fā)生

21、改變，而且在某些方面還得到加強。在采用變電站成套微機保護后，二次回路設(shè)計變化較大。微機保護以一個配電回路為單位，把這一回路的測量、保護及控制信號由一個獨立的 plc 來完成，形成一個獨立完整的微機監(jiān)控單元。此外，系統(tǒng)抗干擾能力強，可擴展性好?？蓪θ珡S供電系實現(xiàn)遠距離測量、監(jiān)控，值班人員可以隨時觀察到整個供電系統(tǒng)的運行情況，出現(xiàn)事故時監(jiān)控系統(tǒng)能立即報警并進行打印記錄，工作人員可以通過這些信息迅速判斷事故發(fā)生地點、查找事故發(fā)生原因 ，并及時做出相應(yīng)的處理，從而減少停電的時間。日常工作時微機監(jiān)控系統(tǒng)還可以根據(jù)要求打印出各種測量數(shù)據(jù)，而不必象以前需要人工抄表記錄，減輕了工作人員的勞動強度，更為重要的是

22、通過測控可合理地進行負荷調(diào)配、節(jié)約電能、降低能耗、優(yōu)化運行。2 副井變電所一次設(shè)備選型2.1 總體負荷計算 各組符合的計算：1. 有功功率 eipkpx2. 無功功率 tan pq3. 視在功率 22qps式中：每組設(shè)備容量之和，單位為 kw；：需用系數(shù)； ：功率因eipxkcos數(shù)。 總負荷的計算：1. 有功功率 pkp12. 無功功率 qkq1安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計43. 視在功率 22qps4. 自然功率因數(shù)： sp /cos1表表 2-1 負荷計算表負荷計算表高壓電動機設(shè)備容量使用容量序號設(shè)備負荷名稱電壓(kv)型式額定容量(kw)總臺數(shù)/工作臺數(shù)總?cè)萘?kw)工作容量(kw)需用系數(shù)k

23、xcostanpj(kw)qj(kvar)sj(kva)1主井提升機10同步40001/1400040000.950.90.483800192042222副井提升機10直流1700/22002/2390039000.90.61.333510468058503通風(fēng)機10同步30002/1600030000.742-0.9-0.482226-107724734壓風(fēng)機10同步5505/4275022000.75-0.9-0.481650-79818335瓦斯泵10異步8004/2320016000.750.750.881200105816006制冷降溫系統(tǒng)10200020000.70.750.881

24、400123518677地面低壓系統(tǒng)0.3880000.80.750.886400564385338井下高壓負荷1060000.80.71.024800489668579變電所總計0.820.70249861755730538安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計5安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計62.2 無功補償?shù)哪康?無功補償?shù)哪康氖窍到y(tǒng)功率因數(shù)低，降低了變壓器的出力，增加了輸電線路的損耗和電壓損失，這一些原因是電力系統(tǒng)基礎(chǔ)的常識，在這里不多作特殊說明。電力系統(tǒng)要求用戶的功率因數(shù)不低于 0.9(本次設(shè)計要求功率因數(shù)為 0.95 以上)，因此，必須采取措施提高系統(tǒng)功率因數(shù)。目前提高功率因數(shù)的常用的辦法是裝設(shè)電容器補償無功

25、。2.3 無功補償?shù)挠嬎?.計算考慮主變損耗后的自然因數(shù)：1cosbppp1bqqq1212111/qppcos2.取定補償以后的功率因數(shù)：為 0.95：2cos3.計算補償電容器的容量：21tantanpqc4.計算補償電容器的個數(shù)：cccqqn/式中：單個電容器的容量，單位 kvar。cn按照 3 的整數(shù)倍取定補償器的個數(shù)，然后計算出實際的補償容量：csnccscsqnq*5.計算補償以后的實際的功率因數(shù)，補償后實際的功率因數(shù)大于 0.9 為合理由=24986pjjpkw=17557qjjqvark=30538sj)(22qjpj 221755724986 kva可知:= =0.7 則=0

26、.820.9，可tanpjqjcoscos以選擇=0.95 作為計算基準。為了提高系統(tǒng)功率因數(shù)，應(yīng)并聯(lián)電容器作為補償裝cos置。應(yīng)該補償?shù)臒o功功率為：=9220cq)95. 0tan(cos)82. 0tan(cospjvark查資料知應(yīng)該選擇型號為 tbb10-1200/200 的電容柜，并且電容柜的數(shù)量為：安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計7個8)1010(12009220)(22ncuuqqn實際補償?shù)娜萘繛椋簈=8*1200=9600。此時功率因數(shù)vark0.90 符合要求。99. 0)24986960017557(arctancoscos系統(tǒng)經(jīng)過無功補償后總的無功為：var795496001755

27、7kqj實際的視在功率為：kvaqjpjsj26221795424986)(2222無功補償后 10kv 側(cè)和 110kv 側(cè)的負荷計算如表 2-2 所示表表 2-2 無功補償后變電所的計算負荷無功補償后變電所的計算負荷計算負荷項目coskwp /jvar/kqjkvasj/10kv 側(cè)補償前負荷0.8224986175573053810kv 側(cè)無功補償容量-960010kv 側(cè)補償后負荷0.9924986795426221主變壓器功率損耗0.015=458js0.06=1832js110kv 側(cè)負荷總計0.933254449786272612.4 主變壓器的選型2.4.1 主變壓器選擇原則

28、為了保證每年電容按 10%的增長，并在 10 年內(nèi)能滿足要求，并按下列方案進行綜合考慮：1. 明備用方式，即 2 臺主變壓器的容量都滿足(表 2-2)的要求，任何情況下都有 1 臺運行，兩臺主變壓器互相備用。2. 暗備用方式，即 2 臺主變壓器的容量之和滿足(表 2-2)的要求。正常情況下兩臺主變運行，故障情況下一臺運行，因此，每臺變壓器的容量應(yīng)滿足安全用電要求，即保證、類負荷的供電，一般要求滿足全部負荷的 70%-80%。安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計83. 在設(shè)計中，初期變壓器可采用明備用，后期可采用暗備用方式。 2.4.2 主變臺數(shù)的選擇1. 對大城市郊區(qū)的一次變電站，在低壓側(cè)已構(gòu)成環(huán)網(wǎng)的情況下，

29、變電站以裝設(shè)兩臺主變壓器為宜。2. 對地區(qū)孤立的一次變電站或大型專用變電站，在設(shè)計時應(yīng)考慮裝設(shè)三臺主變壓器的可能性。3. 對于規(guī)劃只住兩臺主變壓器的變電站，其變壓器基礎(chǔ)宜大于變壓器容量的 1-2 級設(shè)計，以便符合發(fā)展時更換變壓器的容量。2.4.3 主變壓器容量的選擇按照上述原則確定變壓器容量后，最終應(yīng)選用靠近國家的系列標準規(guī)格。變壓器容量系列有兩種，一種是 r8容量系列，一種是 r10容量系列。我國國家標準 gb1094電力變壓器確定采用 r10容量系列。綜合上述各種因數(shù)，確定該站主變壓器采用 2 臺 31500mva 的變壓器。當(dāng)前我國電力系統(tǒng)基本都是三相制接線，尤其我省電力系統(tǒng)還沒有單相供

30、電的系統(tǒng)，故為了能接入系統(tǒng)運行，并能保證系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。結(jié)合該地區(qū)的實際情況，故采用雙卷變壓器，電壓等級為 110kv 與 10kv。因為該地區(qū) 110kv 電壓不是很穩(wěn)定，為了保證 10kv 供電系統(tǒng)的質(zhì)量，本站采用有載調(diào)壓方式，這樣才能達到隨時調(diào)整電壓的目的。冷卻方式采用自冷型冷卻方式。變壓器 110kv 側(cè)中性點隔離開關(guān)接地，公式裝設(shè)避雷器保護。綜合上述幾種情況：結(jié)合廠家的一些產(chǎn)品情況，故本站變壓器型號：sz10-31500/110。變電站全部負荷 s 總=27261kva變壓器的初選容量 s=80%*s 總=0.80*27261=21808kva選兩臺 31500kva 的變壓器。

31、主變壓器：231500kva 三相雙卷自冷型油浸變壓器。電壓等級：110kv/10kv故主變參數(shù)據(jù)如下：表表 2-3 主變壓器數(shù)據(jù)主變壓器數(shù)據(jù)電壓組合及分接范圍阻抗電壓%型號高壓低壓高-低空載電流%連接組sz10-31500/1101108*1.25%10.510.51.3yn，d11安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計93 主接線方案的確定3.1 電氣主接線的設(shè)計原則電氣主接線設(shè)計的基本原則為：以下達的設(shè)計任務(wù)書為依據(jù)，根據(jù)國家現(xiàn)行的“安全可靠、經(jīng)濟適用、符合國情”的電力建設(shè)與發(fā)展的方針，嚴格按照技術(shù)規(guī)定和標準，結(jié)合工程實際的具體特點，準確地掌握原始資料，保證設(shè)計方案的可靠性、靈活性和經(jīng)濟性。因此，變電所主

32、接線的設(shè)計必須滿足安全、可靠、靈活、經(jīng)濟的基本要求。3.1.1 安全性要求安全包括設(shè)備安全和人身安全。因此，電氣主接線必須遵照國家標準和電氣設(shè)計規(guī)范，正確設(shè)計電氣回路，合理選擇電氣設(shè)備，嚴格配置正常監(jiān)視系統(tǒng)和故障保護系統(tǒng)，全面考慮各種保障人身安全的技術(shù)措施。3.1.2 可靠性要求可靠就是變電所的主接線應(yīng)能滿足各級負荷對供電可靠性的要求。提高供電可靠性的途徑很多，例如，設(shè)置備用電源并采用備用電源自動投入裝置、多路并聯(lián)供電等。電氣設(shè)備是供電系統(tǒng)中最薄弱的元件，為了使供電系統(tǒng)工作可靠，接線方式應(yīng)力求簡單清晰，減少電器設(shè)備的數(shù)目。3.1.3 靈活性要求靈活就是在保障安全可靠的前提下，主接線能夠適應(yīng)不同

33、的運行方式。例如負荷較輕時，能方便地切除不必要的變壓器，而在負荷增大時，又能方便的投入，以利于經(jīng)濟運行。檢修時操作簡單，不致中斷供電等。3.1.4 經(jīng)濟性要求經(jīng)濟是在滿足以上要求的前提下，盡量降低建設(shè)投資和年運行費用。但是，在投資增加不多或經(jīng)濟許可的情況下，應(yīng)盡量提高供電可靠性，減少停電損失。確定供電方式還應(yīng)考慮未來用電負荷的發(fā)展。有的工廠和企業(yè)是分期建設(shè)的，由于沒有分析研究進一步發(fā)展情況下如何做到使原有的接線方式易于合理改造，致使接線方式零亂、復(fù)雜，互不銜接而影響了供電的可靠性和靈活性，在基建投資上也造成極大的浪費。安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計103.2 電氣主接線的設(shè)計步驟電氣主接線的設(shè)計是發(fā)電廠

34、、變電站整體設(shè)計的重要內(nèi)容之一。實際的發(fā)電廠、變電站的工程設(shè)計是按照工程基本建設(shè)程序設(shè)計的，按實施進程一般分為四個階段：初步可行性研究、可行性研究、初步設(shè)計、施工圖設(shè)計。其設(shè)計工作量大、專業(yè)劃分較細。考慮到我們學(xué)生的設(shè)計時間不長，以實際工程設(shè)計的方式完成全部設(shè)計工作顯然是不可能的。因此，在設(shè)計內(nèi)容上主要側(cè)重教學(xué)需要，掌握主要的和基本的電力工程設(shè)計與工程計算方法，這相當(dāng)于實際電氣初步設(shè)計的程度。電氣主接線設(shè)計的一般步驟：1原始資料分析。根據(jù)下達的設(shè)計任務(wù)書的要求，在分析原始資料的基礎(chǔ)上，各電壓等級擬訂可采用的數(shù)個主接線方案。2對擬訂的各方案進行技術(shù)、經(jīng)濟比較，選出最好的方案。各主接線方案都應(yīng)該滿

35、足系統(tǒng)和用戶對供電可靠性的要求，最后確定何種方案，要通過經(jīng)濟比較，選用年運行費用最小的作為最終方案，當(dāng)然，還要兼顧到今后的擴容和發(fā)展。3繪制電氣主接線圖。按工程要求，繪制工程圖，圖中采用新國標圖形符號和文字代號，并將所有設(shè)備的型號、主要參數(shù)、母線及電纜截面等標注在圖上。3.3 電氣主接線的選擇采用單母線分段接線，其接線如圖 3-1 所示。根據(jù)電源的數(shù)目和容量，母線可分為 23 段。當(dāng)負荷量較大且出線回路很多時，還可以用幾臺分段斷路器將母線分成多段。段數(shù)分得越多，故障時停電范圍越小，但使用的斷路器數(shù)量越多，其配電裝置和運行也就越復(fù)雜，所需費用就越高。與一般單母線接線相比，單母分段接線增加了分段斷

36、路器 qf 以及兩側(cè)的隔離開關(guān)。w1w2qs1 qf qs2l1 l2 l3 l4圖圖 3-13-1 單母分段接線圖單母分段接線圖安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計11圖圖 3-23-2 電氣系統(tǒng)一次設(shè)備主接線圖電氣系統(tǒng)一次設(shè)備主接線圖單母分段接線能夠提高供電的可靠性和靈活性。當(dāng)任一段母線或某一臺母線隔離開關(guān)故障及檢修時，自動或手動跳開分段斷路器 qf,僅有一半線路停電，另一段母線上的各回路仍可正常運行。重要負荷分別從兩段母線上各引出一條供電線路，就保證了足夠的供電可靠性。兩段母線同時故障的幾率很小，可以不予考慮。當(dāng)可靠性要求不高時，也可以用隔離開關(guān) qs 將母線分段，故障時將會短時全廠停電，待拉開分段隔離

37、開關(guān)后，無故障線路即可恢復(fù)運行。單母線分段接線除具有簡單、經(jīng)濟和方便的優(yōu)點外，可靠性又有一定的提高，因此，在中、小、型發(fā)電廠和變電所中仍被廣泛應(yīng)用，具體應(yīng)用如下：（1）610kv 配電裝置總出線回路數(shù)為 6 回及以上，每一分段上所接容量不宜超過 25mw.（2）3560kv 配電裝置總出線回路數(shù)為 48 回時。（3）110220kv 配電裝置總出線回路數(shù)為 34 回時。單母線分段接線的缺點主要有：（1）當(dāng)一段母線或母線隔離開關(guān)故障或檢修時，必須斷開接在該分段上的全部電源和出線，這樣就減少了系統(tǒng)的發(fā)電量，并使該段單回路供電的用戶停電。（2）任一出線斷路器檢修時，該回路必須停止工作。由以上述所述，

38、本實驗電氣設(shè)備一次主接線圖可選擇如圖 3-2 所示。安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計123.4 導(dǎo)線的選擇電源進線為雙回架空線，廠區(qū)配電采用電纜，現(xiàn)選擇進線和高壓配電電纜的型號。3.4.1 選擇的方法選擇導(dǎo)線的方法主要有按發(fā)熱條件選擇、按經(jīng)濟電流密度選擇以及按電壓損失選擇。按照相關(guān)規(guī)定，10kv 及以下的高壓線路和低壓動力線路，通常先按發(fā)熱條件來選擇截面，再校驗電壓損耗、熱穩(wěn)定和機械強度；低壓照明線路由于電壓質(zhì)量要求高，因此通常先按允許電壓損耗進行選擇，再校驗發(fā)熱條件、熱穩(wěn)定和機械強度。架空線路可不校驗動、熱穩(wěn)定，電纜可不校驗動穩(wěn)定。3.4.2 氣候條件當(dāng)?shù)刈顭嵩路菹挛?1 點的平均溫度為 40，土壤 0

39、.8m 深處（電纜溝的底部）的平均溫度為 25。進行電纜選擇時，這兩個溫度都是常用的基準溫度，故不必校正電流。3.4.3 高壓架空線的選擇由以上變壓器參數(shù)，可以得出kwssjppopnkt35.173)3150027261(19005.31).(22rkssuisqnjkntva25.268831500100272615 .1010067. 031500100%100%220則在 110kv 側(cè)：kwpj35.251592498635.173var05.105368 .784725.2688kqjkvaqjpjsj38.2727605.1053635.25159)(2222則線路上電流為： a

40、usinj16.143110338.272763根據(jù)規(guī)定，當(dāng)最大負荷利用小時數(shù)h，長度超過 20m 以上，均應(yīng)按經(jīng)濟5000maxt電流密度選擇架空線。由經(jīng)濟電流密度曲線可查得導(dǎo)體的經(jīng)濟電流密度a/mm 。9 . 0j2安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計13 2142.73158.60.9ismmj則：查表可知選 lgj-185 型架空線。3.4.4 配電母線到變電所的電纜選擇按長期發(fā)熱允許電流選擇母線截面，由所選變壓器可得其最大持續(xù)電流為：=1818.7annusi3j10331500計算 40c 時的溫度修正系數(shù)：k=0.816alial25704070查表選用兩條()的矩形鋁導(dǎo)體， i=2375a10

41、80al=0.816ci40al7 .181819382375(1) 熱穩(wěn)定校驗假想斷路器固有分閘時間為 0.5s,電弧燃燒持續(xù)時間為 0.05s,主保護動作時間為0.06s,所以短路持續(xù)時間=0.15+0.05+0.06=0.26sktskatitik22222k1172477.502 . 026. 0477.50q22min11s1.14 1172420160087skkqmmmmc所選母線截面滿足熱穩(wěn)定要求。(2) 動穩(wěn)定校驗計算導(dǎo)體固有震動頻率：200220.2891121121.55 102781551.2rhfhzl故,求母線的相間應(yīng)力1-7 2-721.73 10 i/1.73

42、10 (56.1) /0.75/ m726/shfann m 223230.3330.333 0.1 0.82.13 10bhmm2262726 1.2490870 101010 2.13 10flpapapa滿足動穩(wěn)定要求。安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計143.4.5 線路上的電壓和功率損失由于離電源較近，電源和配電母線之間又沒有變壓器，故 10kv 母線短路阻抗小，短路電流較大，從熱穩(wěn)定方面考慮選擇了粗導(dǎo)線。該工廠的架空線和電纜都比較短，粗導(dǎo)線的阻抗又小，加之負荷和負荷電流的值較小，所以電壓和功率的損失非常小，容易保證電壓質(zhì)量和電能節(jié)約。3.4.6 高壓開關(guān)柜的選擇通過每個設(shè)備負荷的高壓開關(guān)柜的電流

43、nusi3/max根據(jù)上述公式通過各設(shè)備負荷的開關(guān)柜的電流計算如下:1 主井提升機：ai75.2431034222max2 副井提升機：ai75.3371035850max3 通風(fēng)機：ai78.1421032473max4 壓風(fēng)機：ai83.1051031833max5 瓦斯泵：ai38.921031600max6 制冷降溫系統(tǒng)： ai79.1071031867max7 井下高壓負荷：ai90.3951036857max根據(jù)上述計算值，查資料選取各設(shè)備開關(guān)柜和進線開關(guān)柜如下：設(shè)備開關(guān)柜型號:gg-1a(f2)zs01 額定工作電流： 50-1200a 額定工作電壓： 10kv 隔離開關(guān)： gn

44、19-10c1q 真空斷路器： zn7-10x 操動機構(gòu)： cd10安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計15 電流互感器： lajq-10 高壓避雷器： hy5w-10圖圖3-3開關(guān)柜內(nèi)部接線圖開關(guān)柜內(nèi)部接線圖 外形尺寸(mm)：1281 3150 20503.4.7 其它設(shè)備的選擇表表 3-13-1 各種電氣設(shè)備的選擇各種電氣設(shè)備的選擇短路時間為短路保護裝置實際最大的動作時間與斷路器的斷路時間之和，即optoct ,過流保護動作時間為 0.5-0.7s,保護動作時間小于 30ms 取 0.6s，分閘時間ockttopt0.06s4 短路電流的計算及設(shè)備校驗供電系統(tǒng)應(yīng)該正常的不間斷地可靠供電，以保證生產(chǎn)和生活

45、的正常進行，但是供電系統(tǒng)的正常運行常常因為發(fā)生短路故障而遭遇破壞。所謂短路，就是供電系統(tǒng)中一相或多相載流導(dǎo)體接地或互相接觸并產(chǎn)生超出規(guī)定值的大電流。造成短路的主要原因是電氣設(shè)備載流部分的絕緣損壞、誤動作、雷擊或過電壓擊穿等。短路電流數(shù)值通常是正常工作電流值的十幾倍或幾十倍。當(dāng)它通過電氣設(shè)備時，設(shè)備的載流部分變形或損壞，選用設(shè)備時要考慮它們對短路電流的穩(wěn)定。短路電流在計算數(shù)據(jù)高壓斷路器隔離開關(guān)電壓互感器電流互感器lw21-126cgwj3-126jcc-110lcw-110u=110kv126kv110kv110kv110kvij=165.3a 2000a 630a300/5ka17. 6i)3

46、(1k40kakaish7 .153(）55ka55kajjt2)3(17. 6ti4020.711624動穩(wěn)定校驗shnii1es2kka6 .633002150動穩(wěn)定倍數(shù)=150esk熱穩(wěn)定校驗jnttitik)3(21）（25.50613 . 0752）（安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計16線路上產(chǎn)生很大的壓降，離短路點越近的母線，電壓下降越厲害，從而影響與母線連接的電動機或其它設(shè)備正常運行。4.1 繪制計算電路ms1s2110kv母線10kv母線31500 kvauk%=10.5k1k2110kv架空線副井提升機圖圖 4-1 短路電流計算圖短路電流計算圖4.2 短路電流計算進行計算的物理量，不是用

47、具體單位的值，而是用其相對值表示，這種計算方法叫做標幺值。標幺值的概念是：所謂基準值是衡量某個物理量的標準或尺度，用標幺值表示的物理量是沒有單位的。供電系統(tǒng)中的元件包括電源、輸電線路、變壓器、電抗器和用戶電力線路，為了求出電源至短路點電抗標幺值，需要逐一地求出這些元件的電抗標幺值。1. 輸電線路已知主電線路的長度為 l，每公里電抗值為 x0，線路所在區(qū)段的平均電壓為)()(與實際值同單位該量的標準值任意單位該量的實際值某量的標幺值 安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計17uav，則輸電線路的電抗相對于基準容量 sj和基準電壓 uj=uav的標幺值為2. 變壓器變壓器通常給出短路電壓百分數(shù), 得%ku圖圖 4-

48、2 短路等效電路圖短路等效電路圖選定基準容量：，基準電壓： mvas10000j kvukvuj101102j1，點短路基準電流為： 1k1 jika20.50115310000點短路基準電流為：2k2jika5505 .10310000系統(tǒng)阻抗為： 00x架空線電抗標幺值：變壓器電抗標幺值：則總阻抗為處：1k處： 2k4.2.1 最大運行方式下的計算a. 三相短路i.處：1k195. 014. 5111)*3(max1xid20avjuslxx)(100%tnjktssux14. 5115100002034. 022101avjuslxx33.335 .31100001005 .10100%

49、x32ntjkssux14. 514. 50101xxx81.2122112xxxx安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計18短路電流有名值：kaiiijdd789. 92 .50195. 01)*3(max1)3(max1沖擊電流：kaiidsh96.24789. 955. 228 . 1)3(max1)3(max1沖擊電流有效值：aiidshk78.1451. 1)3(max1)3(max1ii.處：2k046. 081.21112)*3(max2xid短路電流有名值：kaiiijdd22.25550046. 02)*3(max2)3(max2沖擊電流：kaiidsh31.6422.2555. 228 .

50、1)3(max2)3(max2沖擊電流有效值：aiidshk08.3851. 1)3(max2)3(max2b. 兩相短路i.處： 1k169. 023)*3(max1d)*2(max1iid短路電流有名值： kaiid48. 823)3(max1d)2(max1沖擊電流： kaiishsh62.2123)3(max1)2(max1沖擊電流有效值： kaiishsh80.1223)3(max1)2(max1ii.處： 2k040. 023)*3(max2d)*2(max2iid短路電流有名值： kaiid84.2123)3(max2d)2(max2沖擊電流： kaiishsh70.5523)3

51、(max2)2(max2沖擊電流有效值： kaiishsh98.3223)3(max2)2(max2安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計194.2.2 高壓開關(guān)柜的選擇及 10kv 電纜的選擇電壓等級是 10kv。 ausinnn4 .34631060003這里選擇的是 jxgn2-10/630-20 型高壓開關(guān)設(shè)備從礦區(qū)變電所到副井大約需要架設(shè) 1.5km 電纜線，35kv 及以下，常選擇鋁芯。由負荷計算表可知：副井提升機的工作容量為 3900kva，需用系數(shù)為 0.9，=0.6, =1.33costan=3900 0.9=3510kwjpnns k=tan=2106 1.33=4668kvarjqjp=5

52、840kvajs22jjpq2235104668本設(shè)計采用采用雙回路供電，所以通過每回電纜線的電流為=1.05=1.05=321.13a=160.565a maxi12ni1258403 10.512(1) 按經(jīng)濟電流密度選擇截面積：s = jmaxgij式中 i-通過導(dǎo)體的最大持續(xù)工作電流maxgj-電纜經(jīng)濟電流密度s =34.755jmaxginj160.5653 1.542mm煤礦為三班制，年最大負荷利用時間為 5000 小時以上，所以 j 取 1.54，故2/a mm單芯電纜截面可選擇 35。初步選擇型號為：yjlv22-10-1 35 型絞聯(lián)聚乙烯絕緣2mm電力電纜，電阻：1.019

53、感抗：0.113，所以電抗：=1.025/km/km221.0190.113。/km安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計20(2) 熱穩(wěn)定校驗圖圖 4-3 三相短路等效電路圖三相短路等效電路圖副井電纜末端三相短路電流的計算：選定基準容量為：sj=10000mva，基準電壓為：uj=uek3點短路基準電流：kaij85.5495 .10310000各線路電抗標幺值：14. 51x33.332x97.925 .10100001025. 123xk3點三相短路電流總電抗值：39.822121321xxxx電流標幺值：012. 039.8211xid電流有名值： kaiiijdd598. 685.549012. 03

54、最小截面： 23min7 .349525. 0598. 6mmctisjd其中 t -短路電流的假想時間，取 0.25sjc-電纜的熱穩(wěn)定系數(shù)，查地方煤礦供電與電氣化 ； 即所選截面 35大于最小截面 34.7,滿足熱穩(wěn)定校驗，滿足要求。2mm2mm安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計21表表 4-1 電纜電氣參數(shù)電纜電氣參數(shù)電氣參數(shù)額定電壓(kv)10額定電流(a)630額定工頻耐受電壓(1min) 相間/斷口(kv)42/48額定雷電沖擊耐受電壓(峰值) 相間/斷口(kv)75/85額定短路關(guān)合電流(ka)50額定短路開斷電流(ka)20額定頻率(hz)504.3 電氣設(shè)備的選擇和校驗本設(shè)計只對配電所內(nèi)高

55、壓設(shè)備進行選擇?？偱潆娝母鞣N高壓電氣設(shè)備，主要是指 10kv 的斷路器、負荷開關(guān)、母線、電纜、支持絕緣子及穿墻套管等。這些電器各自的功能和特點不同，要求的運行條件和裝設(shè)環(huán)境各不相同，但有共同遵守的原則。它們要能可靠地工作，必須按正常工作條件進行選擇，并按短路情況進行校驗。4.3.1 選擇與校驗電器的原則1.1 按正常工作條件選擇電器正常工作條件是指：1.電器的額定電壓 ue不應(yīng)小于所在回路的工作電壓 u0。2.電器的額定電流 ie不應(yīng)小于所在回路的最大長期工作電流 imax。3.選擇電器時應(yīng)考慮設(shè)備的裝設(shè)環(huán)境。4.我國目前生產(chǎn)的電器，設(shè)計時取周圍介質(zhì)溫度為 40，如果電器工作的環(huán)境溫度大于或

56、小于 40，由于冷卻條件不同，其允許電流應(yīng)加以校正。當(dāng)?shù)刈罡咂骄鶜鉁貫?40，因此不必校正工作電流。1.2 按短路情況校驗電器的穩(wěn)定性1.熱穩(wěn)定校驗：短路熱穩(wěn)定校驗是要求所選的電器，當(dāng)短路電流通過它時，其最高溫度不超過制造廠規(guī)定的短路時發(fā)熱最高允許溫度，即 i2rtj i2trt。2.動穩(wěn)定校驗：電動力穩(wěn)定校驗是電器承受短路電流引起機械效應(yīng)能力，在校驗時，用短路電流的最大幅值與制造廠規(guī)定的最大允許電流進行比較，即 ich imax。 1.3 特殊情況：安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計221.短路情況下熔斷器會熔斷以保護其它設(shè)備，因此用熔斷器保護的電器和導(dǎo)體可不驗算熱穩(wěn)定，用有限流作用的熔斷器保護的電器不用

57、校驗動、熱穩(wěn)定；2.電壓互感器二次側(cè)呈開路，阻抗大，且兩端均有熔斷器保護，故不必考慮短路情況，只校驗額定電壓即可；3.架空線路可不驗算動、熱穩(wěn)定。電纜動穩(wěn)定由廠家保證，只校驗熱穩(wěn)定；4如果采用出線電抗器，應(yīng)進行殘壓校驗。 4.3.2 10kv 高壓電氣設(shè)備的選擇與校驗本設(shè)計擬采用戶內(nèi)成套配電裝置，設(shè)備的選擇以此為準。4.3.3 斷路器的選擇與校驗高壓斷路器是供電系統(tǒng)中最重要的開關(guān)電器之一，由于高壓斷路器具有良好的滅弧能力，因此它不僅能安全地切合負荷電流，而且能在系統(tǒng)發(fā)生短路故障時，在保護裝置的作用下可靠并迅速地切除短路電流。斷路器的選擇項目和計算公式：斷路器的種類和型式選擇：本設(shè)計中采用戶內(nèi)型

58、少油斷路器。額定電壓選擇：un.etun.s額定電流選擇：in.etir.max額定遮斷容量選擇：sn.k.qfsk熱穩(wěn)定校驗：i2ttqk動穩(wěn)定校驗：iesishun.et-設(shè)備額定電壓，un.s電網(wǎng)額定電壓；in.et設(shè)備銘牌標出的額定電流；ir.max設(shè)備或載流導(dǎo)體長期通過的最大工作電流；sn.k.qf斷路器的額定遮斷容量；sk斷路器安裝處的三相短路容量；4.3.4 負荷開關(guān)的選擇和校驗負荷開關(guān)目前只用到 10kv 及以下。負荷開關(guān)的選擇只需按照一般條件進行，不需進行動、熱穩(wěn)定校驗。選擇負荷開關(guān)的型號為：frn12-12d/125-31.5 型戶內(nèi)高壓負荷開關(guān)。其額定電壓為 10kv，額

59、定電流為 200a，額定短路開斷電流 50ka，均能滿足要求。4.3.5 10kv 母線的選擇和校驗10kv 高壓母線一般選擇矩形或槽型?，F(xiàn)選擇型號為：lmy404 單條矩形鋁母安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計23線。選取母線支柱絕緣子跨距 l=1.2m，相間距離 a=0.3m，室內(nèi)空氣溫度 t=40。10kv 母線的最大持續(xù)工作電流 imax=128.56a。校驗如下：1. 按長期發(fā)熱條件校驗：選用 40mm4mm 單條矩形豎放鋁導(dǎo)線，環(huán)境溫度為 40，經(jīng)查表知，此母線的載流量為 395a，集膚效應(yīng)系數(shù) ks 為 1.0。 i=395imax=128.56，故該母線滿足長期發(fā)熱條件。2. 按熱穩(wěn)定校驗：

60、 ssmin s-所選導(dǎo)體截面積 mm2；smin-由熱穩(wěn)定決定的導(dǎo)體最小截面積 c-ckqsskmin-鋁母線的熱穩(wěn)定系數(shù) 87 qk-短路電流熱效應(yīng) qk=i2tk tk為短路電流假想時間為 1.65s,則有：93.1298765.18800minckqssk s=160smin=129.93，滿足熱穩(wěn)定要求。3. 按動穩(wěn)定校驗： 保證導(dǎo)體動穩(wěn)定的根本條件是： =1.76phalph32210shiawl 其中， - 導(dǎo)體材料的許用應(yīng)力,鋁的許用應(yīng)力為（500700）alal105pa； - 導(dǎo)體截面上實際產(chǎn)生的最大應(yīng)力(pa)； ph l - 母線支柱絕緣子的跨距；w - 導(dǎo)體的截面系數(shù)